مدارمترونوم موسیقی

R1 = 33 Ω R2 = 100 Ω R3 = 22 kΩ P1 = 250 kΩ C1 = 10 µF/10 V T1 = BD 136 LS = luidspreker IC1 = NE555

مدار بوستر موج fm

بوستر امواج FM

43 ~ 110 Mhz

R1 = 330 Ω R2 = 2,7 kΩ R3 = 56 Ω R4 = 560 Ω C1 = 2-10 pF C2, C3 = 100 pF C4 = 4,7 nF T1 = BFT 65 L1, L2 = چهار و نیم دور از سیم صفر هشت بر روی هسته هوا بقطر 5 میلیمتر  L3 = پانزده دور سیم صفر سه بر روی هسته هوا به قطر 5 میلیمتر

مدار رادیو گوشی 2 ترانزیستور

اختراع رادیو

دید کلی

نظریه ماکسول با آزمایشهایی با امواج الکترومغناطیسی تایید شدند و آزمایشهای هرتز خیلی زود برای تمام دانشمندان سراسر جهان شناخته شدند. و بدین ترتیب اندیشه استفاده از امواج الکترومغناطیسی برای مخابرات و حتی برای انتقال بی سیم ، انرژی پدیدار شد.

تاریخچه

پوپوف فیزیکدان و مهندس برق با تکرار آزمایشات هرتز طرح سوار کردن را بهبود بخشید. و در خلال سال 1889 توانست در تشدید کننده‌های گیرنده حرفه‌هایی را بوجود آورد که در سالن بزرگ و بدون تاریک کردن ، مرئی باشد. بزودی او متوجه شد که برای استفاده علمی از امواج الکترومغناطیسی ، اول از همه گیرنده حساس و مناسبی مورد نیاز است.

پوپوف در 7 مه 1895 طرز کار گیرنده‌‌اش را در انجمن فیزیک و شیمی روسیه نمایش داد و این روز به راستی باید روز تولد رادیو در نظر گرفته شود. چنین گیرنده‌ای در سال 1894 توسط پوپوف طرح شد. که اجزای اصلی دستگاه او را در وسیله گیرنده امروزی می‌توان یافت.

گیرنده پوپوف

ویژگیهای اصلی اولین گیرنده پوپوف چه بود و اساس کار آن چیست؟ پوپوف برای بهتر شدن حساسیت گیرنده از پدیده تشدید استفاده کرد. مزیت دوم اختراع پوپوف در آرایه آنتن گیرنده بسیار خوبی بود که گستره دریافت امواج را به مقدار خیلی زیادی افزایش داد و هنوز هم در ایستگاههای دریافت موج رادیویی بکار می‌روند. ویژگیهای ممتاز در گیرنده پوپوف در روش ثبت فیزیک امواج است. برای این منظور پوپوف بجای جرقه وسیله خارجی را بکار برد، یعنی موج یابی را که به تازگی توسط برنلی اختراع شده بود، در تجارب آزمایشگاهی بکار گرفت.

ساختمان موج یاب

براده‌های ظریف آهن در یک لوله شیشه‌ای قرار داده می‌شوند دو سیم به دو انتهای شیشه محکم شده‌اند، بطوری که با براده‌ها تماس دارند. در شرایط عادی مقاومت الکتریکی بین براده‌های مجزا نسبتا زیاد است، بطوری که کل موج یاب مقاومت بالایی دارد. موج الکترومغناطیسی جریان متناوب با فرکانس بالا در مدار موج یاب ایجاد می‌کند و جریان مخصوص بین براده‌ها باعث می‌شود که آنها به هم جوش بخورند. در نتیجه مقاومت موج یاب ناگهان افت می‌کند.

برای افزایش مقاومت موج یاب تا مقدار اولیه و حساس کردن دوباره آن به امواج الکترومغناطیسی باید آنرا تکان داد. پوپوف موج یابی را در مداری شامل باتری و یک رله تلگراف قرار داد. قبل از وارد شدن موج الکترومغناطیسی مقاومت موج یاب زیاد است و جریان جاری از آن و رله ضعیف است و آرمیچر جذب آهنربای الکتریکی پایینی نمی‌شود.

وقتی که موج الکترومغناطیسی ظاهر شد، مقاومت امواج موج یاب افت می‌کند، جریان الکتریکی به تندی فردی می‌یابد و رله آرمیچر جذب آهنربای الکتریکی می‌شود. بنابراین اتصال رله آهنربای پایینی که یک زنگ الکتریکی معمولی را به باطری وصل می‌کند، برقرار می‌شود. چکش به زنگ می‌خورد یا سوراخی بر نوار کاغذی متحرک ثبت می‌کند و به این ترتیب ورود موج خبر داده می‌شود. در حرکت به عقب چکش به موج یاب می‌خورد و در نتیجه حساسیت آن برقرار می‌ماند. به این ترتیب پوپوف به اصطلاح رله مدار اتصال را تحقق بخشید.

موج رادیویی FM

گیرنده رادیویی

انرژی خیلی کم امواج ورودی بطور مستقیم برای دریافت (مثلا برای هر جرقه) بکار نمی‌رود، بلکه برای کنترل چشمه انرژی‌ که وسیله ثبت کننده را تغذیه می‌کنند، بکار گرفته می‌شوند. در گیرنده‌های رادیویی امروزی ، لامپهای الکترونی جایگزین موج یاب شده‌اند، ولی اساس رله به قوت خود باقی است. لامپ الکترونی اصولا مثل رله کار می‌کند. سیگنالهای ضعیفی که به لامپ داده می‌شوند قدرت و جریان چشمه‌های تغذیه لامپ را کنترل می‌کنند.

به علاوه پوپوف در گیرنده‌اش اساس پسخوراند را که هنوز هم در مهندسی رادیو بکار می‌رود، نشان داد. سیگنال تقویت شده در خروجی گیرنده (مدار زنگ الکتریکی) بطور خودکار بر ورودی گیرنده (مدار موج یاب) اثر می‌کند. پسخوراند در اختراع پوپوف از اساس امر به کلی تازه‌ای است.

پوپوف در بررسیهای بیشتری که همراه با ریبکین آنجام داد به دریافت سیگنالهای صوتی نیز پی برد و معلوم شد که اگر سیگنالها برای بکار انداختن موجیاب خیلی ضعیف باشند، تماسهای ناچیز براده‌ها به صورت آشکارساز عمل می‌کند. و هر سیگنالی با صدایی در تلفن متصل به موج یاب همراه است. این کشف امکان داد تا گستره مخابرات رادیویی وسیع شود.

تکامل رادیو

قدم بعدی که در تکامل رادیویی خیلی سریع پس از اختراع پوپوف برداشته شد و آن بهبود فرستنده‌ها بود فاصله جرقه را از آنتنها حذف کردند و بجای آن مدار نوسانی خاصی قرار دادند که به صورت چشمه نوسانها کار می‌کرد. آنتن متصل به این مدار به صورت تابشگر امواج عمل می‌کند. اختراع لامپهای الکترونی توسط لوی دوفارست (ت1906) دانشمند آمریکایی که راه را برای ایجاد چشمه‌های نوسانهای الکتریکی نامیرا باز کرد، در تکامل رادیو اهمیت فوق العاده‌ای داشت. این اختراع نه فقط سیگنالهای تلگرافی ، بلکه انتقال صوتهای کلامی ، موسیقی و غیره را نیز توسط رادیو میسر ساخت، یعنی مخابرات بی سیم و پخش رادیویی را تحقق بخشید.

الکترومغناطیس

دید کلی

در مکانیک کلاسیک و ترمودینامیک تلاش ما بر این است که کوتاهترین وجمع و جورترین معادلات یا قوانین را که یک موضع را تا حد امکان بطور کامل تعریف می‌کنند معرفی کنیم. در مکانیک به قوانین حرکت نیوتن و قوانین وابسته به آنها ، مانند قانون گرانش نیوتن، و در ترمودینامیک به سه قانون اساسی ترمودینامیک رسیدیم. در مورد الکترومغناطیس ، معادلات ماکسول به عنوان مبنا تعریف می‌شود. به عبارت دیگر می‌توان گفت که معادلات ماکسول توصیف کاملی از الکترو‌مغناطیس بدست می‌دهد و علاوه برآن اپتیک را به صورت جزء مکمل الکترومغناطیس پایه گذاری می‌کند. به ویژه این معادلات به ما امکان خواهد داد تا ثابت کنیم که سرعت نور در فضای آزاد طبق رابطه (C = 1/√μ₀ ε₀) به الکترومغناطیس|کمیتهای صرفا الکتریکی و مغناطیسی مربوط می‌شود.

یکی از نتایج بسیار مهم معادلات ماکسول ، مفهوم طیف الکترومغناطیسی است که حاصل کشف تجربی موج رادیویی است. قسمت عمده فیزیک امواج الکترومغناطیسی را از چشمه‌های ماورای زمین دریافت می‌کنیم و در واقع همه آگاهیهای که درباره جهان داریم از این طریق به ما می‌رسد. بدیهی است که فیزیک امواج الکترومغناطیسی خارج از زمین در گسترده نور مرئی از آغاز خلقت بشر مشاهده شده‌اند.

تعریف امواج الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی یک رده از امواج است که دارای مشخصات زیر است:

• امواج الکترومغناطیسی دارای ماهیت و سرعت یکسان هستند و فقط از لحاظ فرکانس ، یا طول موج باهم تفاوت دارند
• در طیف امواج الکترومغناطیس هیچ شکافی وجود ندارد. یعنی هر فرکانس دلخواه را می‌توانیم تولید کنیم.
• برای مقیاسهای بسامد یا طول موج ، هیچ حد بالا یا پائین تعیین شده‌ای وجود ندارد.
• از جمله منابع زمینی امواج الکترومغناطیسی می‌توان به امواج دستگاه رله تلفن ، چراغهای روشنایی و نظایر آن اشاره کرد.
• این امواج برای انتشار خود نیاز به محیط مادی ندارند.
• قسمت عمده این فیزیک امواج دارای منبع فرازمینی هستند.
• امواج الکترومغناطیسی جزو امواج عرضی هستند.

گستره امواج الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی از طولانی‌ترین موج رادیویی ، با طول موج‌های معادل چندین کیلومتر ، شروع شده پس از گذر از موج رادیویی متوسط و کوتاه تا نواحی کهموج ، فروسرخ و مرئی امتداد می‌یابد. بعد از ناحیه مرئی فرابنفش قرار دارد که خود منتهی به نواحی اشعه ایکس ، اشعه گاما و اشعه کیهانی می‌شود. نموداری از این طیف که در آن نواحی قراردادی طیفی نشان داده می‌شوند در شکل آمده است که این تقسیم بندی‌ها جز برای ناحیه دقیقا تعریف شده مرئی لزوما اختیاری‌اند.

یکاهای معروف فیزیک امواج الکترومغناطیسی

• طول موج λ بنا به تناسب مورد ، برحسب متر و همچنین میکرون یا میکرومتر μm ، واحد آنگستروم A و واحد ایکس XU نشان داده می‌شود.
  
• با بکار بردن متر به عنوان واحد طول ، طول موجهای نوری بایستی بنا به تناسب برحسب ، nm سنجیده شوند، ولی هنوز آنگستروم یک واحد رسمی بوده و به عنوان متداول ترین واحد در طیف نمایی بکار برده می‌شود.
  
• واحد XU ابتدا به شکل مستقل طوری تعریف شده بود که رابطه آن با آنگستروم به صورت 1A = XU 1002.060بود. این واحد اکنون دقیقا معادل ^10-10 یا m 10^-13 تعریف شده است.
  
• علی رغم طبقه بندی عمومی تابش با طول موج ، کمیت مهم از نظر ساختار اتمی و مولکولی فرکانس <ν = c/λ_vacΔE = hv به اختلاف انرژی ΔE بین دو حالت ساکن دستگاه مربوط است. در طول موجهای کوتاهتر مناسب‌تر آن است که به جای ν واحد متناسب با آن یعنی عدد موجی δ = 1/λ_vac = c/v جایگزین شود. مؤلفین مختلف واحدهای مختلفی را برای عدد موجی مانند ΄ν ، K و δ بکار می‌برند که همگی یکسان‌اند، در این بحث علامت δ انتخاب شده است، زیرا امکان اشتباه آن با خود ν و یا سایر ثابتها کم است.
  
• واحد عدد موجی یک بر سانتیمتر است که گاهی کایزر (K) نامیده می‌شود. واحد کوچکتر آن میلی کایزر است که (mk) واحد مناسبی برای ساختار فوق ریز و کارهای مربوط به عرض خطی است. هر چند که متخصصین طیف نمایی فرکانس رادیویی برای این قبیل کمیتها واحد فرکانس یعنی MHz را بکار می‌برند (MHz 29.979=mk 1 ).
  
• انرژی موج را بر حسب واحد الکترون ولت (ev) بیان می‌کنند که انرژیهای فوتونی خیلی بالا (مربوط به طول موجهای خیلی کوتاه) یک الکترون ولت معادل 1.6x10^-19J است.

طیف نمایی و امواج الکترومغناطیسی

• ناحیه مرئی یا نور مرئی (4000-7500 آنگستروم) توسط نواحی فروسرخ از طرف طول موجهای بلند ، فرابنفش از طرف طول موجهای کوتاه ، محصور شده است. معمولا این نواحی به قسمتهای فروسرخ و فرابنفش دور و نزدیک ، با محدوده‌هایی به ترتیب در حدود 30 میکرومتر و 2000 آنگستروم تقسیم می‌شوند که نواحی مزبور دارای شفافیت نوری برای موادی شفاف از جمله منشورها و عدسیها می‌باشند.
  
• تا این اواخر ناحیه مرئی متشکل از فروسرخ تا فرابنفش نور توسط گافهایی از نواحی رادیویی و اشعه ایکس سوا می‌شدند که در آنها بر انگیزش و آشکار سازی تابش با طول موجهای متناسب ممکن نبوده است. اختراع رادار در سالهای جنگ (45 - 1938) راه ورود به نواحی امواج خیلی کوتاه رادیویی یا کهموج را باز کرد، در حالی که در همان زمان طیف شناسان فروسرخ دامنه فعالیت خود را تا به نواحی طول موجهای بلندتر توسعه می‌دادند. این دو ناحیه هم اکنون ابعاد کوچکتر از میلیمتر روی هم می‌افتند.
  
• گاف طول موج کوتاه ، بخاطر جالب بودنش برای متخصصین فیزیک پلاسما و اختر فیزیک به خوبی پر شده است. هم اکنون حدود طیف نمایی نوری به زیر 2 آنگستروم رسیده است در حالی که مرز پرتوهای ایکس نرم تا 50 آنگستروم می‌رسند. تشخیص بین پرتو نوری و پرتو ایکس ، در ناحیه پوشش فوق الذکر بر منشأ خطوط طیفی مبتنی است.
  
• طیف نمایی نوری با گذار‌های الکترونهای خارجی یا ظرفیتی و طیف نمایی اشعه ایکس با گذارهای الکترونهای داخلی مربوط می‌کند. طیفهای نوری ، طول موجهای خیلی کوتاه از الکترونهای خارجی عناصری با درجه یونش بسیار بالا بوجود می‌آیند.

کاربرد‌های امواج الکترومغناطیسی

• کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در مخابرات: از این جمله می‌توان فیبر نوری ، دستگاه رله تلفن ، موجبرها ، ماهواره و ... اشاره کرد.
  
• کاربرد‌های امواج الکترو‌مغناطیسی در نظامی: مانند بمب الکترومغناطیسی ، انواع رادار ، ردیابهای موشک و ... .
  
• کاربردهای امواج الکترو مغناطیسی در پزشکی: از قبیل عکسبرداری مغناطیسی ، رادیولوژی ، سونوگرافی با لیزر ، کاربرد اشعه ایکس و گاما در فیزیک پزشکی و ... .
  
• کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در صنعت: انواع برشکاریهای لیزری ، قطار الکترو‌مغناطیسی و صندلی مغناطیسی و ... .
  
• کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در اخترشناسی: با مطاله طیف الکترومغناطیسی گسیل شده از جو می‌توان به ساختار اجرام آسمانی پی‌برد.